将“神奇”物质洒在犯罪现场隐秘的角落，紫外线灯照射一段时间后关闭，肉眼往往不可见的指纹便会“主动浮出水面”。这种吸收光能后进入激发态，继而在黑暗中缓慢且持续发光的现象又被称为“磷光”，而所谓“在黑暗中发光”的材料通常被称为“磷光材料”。近日，南京工业大学黄维院士、安众福教授科研团队同新加坡国立大学刘小钢教授提出“发色团限域”策略，最终实现了分子态高效蓝色室温磷光。其相关成果发表在国际顶尖学术刊物Nature Materials（《自然·材料》）上。

近年来，有机室温磷光材料受到广泛关注，连续两年（2019和2020年）被中国科学院与科睿唯安联合发布的《研究前沿》评选为化学与材料科学领域Top10热点前沿。在此前的研究中，人们发现晶体工程能够利用分子间的相互作用，有效抑制三重态激子非辐射跃迁，并且因为其致密的分子堆积，可以减少氧气、水汽等对三重态激子的淬灭，是实现高效率室温磷光的有效途径。然而，在晶体聚集态下，分子间π-π堆积容易导致三重态-三重态湮灭，大量耗散三重态激子，影响磷光效率的提升；同时可能出现发光红移，难于实现蓝色磷光。而作为光的三原色之一，蓝光是固态照明和全彩显示的核心组分，同时在生物医学、光通讯等领域也展现出广阔的应用前景。因此，如何构筑长寿命、高效率的蓝色室温磷光是该领域面临的艰巨挑战之一。

“虽然晶体工程是一个非常好的设计策略，但存在自身局限性，为此我们提出‘发色团限域’策略，成功构筑了具有分子态高效室温磷光的有机离子晶体材料。”安众福告诉《科技周刊》记者，“发色团限域”，顾名思义，是将发光物质限制在一个刚性、孤立的环境中。在晶体工程中，为了避免能量消耗，发色单元紧紧“挨”在一起，但“层层堆叠”后可能会导致三重态激子的淬灭。“考虑到这一点，我们创造性地将每个发色单元彼此‘隔开’，并装在各自的‘笼子’里，从而避免因为‘碰撞’导致的能量消耗和发光红移，使其尽可能维持在我们想要的蓝光波段。”通过对照实验和普适性实验论证，团队通过调节抗衡离子和发色团单元，实现了高达96.5%的世界纪录级的蓝色室温磷光发光，且其肉眼可见发光持续时间为3-4秒。

安众福介绍，鉴于有机离子晶体的高效长余辉和水溶性特征，此项新成果具有广阔的应用前景。举例来说，在实际生活中，我们关掉手机屏幕后，屏幕会立刻黑屏不再发光。而当使用蓝色室温磷光材料时，在关掉屏幕后依旧可以实现一段时间内的持续发光。“当持续发光时间大于100毫秒时，也就是所谓的‘长余辉发光’。通过电流驱动和系统控制，我们首次实现了这种新材料在余辉显示领域的应用。”安众福表示，这种余辉显示屏可以应用于国防军工领域，如雷达扫描的示踪显示、夜行地图等。

除此之外，蓝色室温磷光材料还可以用于商品的防伪。“在日常生活中，如何分辨正品和仿品是个让人头疼的问题，但利用这种材料学领域的新科技，激发光源照射后，仿品其实可以很快‘现原形’。”安众福揭秘，由于蓝色室温磷光材料具有很好的水溶性，因此可以添加至打印机墨水中，从而变成“自带防伪”的墨水。使用这种特殊墨水打印的吊牌在日光下与普通吊牌无异，但在激发光源对其激发后，黑暗里便会显现防伪标识。

值得一提的是，团队所研发的蓝色室温磷光材料还可以很好地扣除背景荧光。实际上，生活中的很多物品在激发光源照射后都存在背景荧光，如A4纸、实验器皿等，这样会对捕捉发光信号造成干扰。“我们所研发的这种材料发光寿命长于背景荧光寿命，因此可以很好地扣除背景荧光，从而准确识别发光处。”安众福表示，由于这类离子化合物能够与指纹中的油脂等富羟基结构结合，团队成功将其应用到了指纹识别中，其识别程度极高，甚至指纹中的呼吸孔都可以成功识别。

“这种蓝色室温磷光材料制备原材料很廉价，制备工艺也非常简单，因此应用前景巨大。”安众福说，放眼国际，有机磷光材料领域近九成科研成果诞生于中国，因此在这一领域，我国科研团队重任在肩。“就我们这一研究成果而言，我们希望所研发的新材料‘既可以上得了书架，也可以上得了货架’。”安众福表示，此外，团队还希望在未来可以将其应用于生物医学等领域，并进一步探索激发光源波长范畴从紫外光向可见光等拓展。

黄维院士表示，从最简单的发光分子入手，推陈出新，精益求精，实现室温磷光的高性能化和多功能应用，这对理解有机磷光材料分子结构与磷光性能的关系具有重要意义，同时为有机室温磷光材料迈向新应用奠定了坚实的基础。

2021年9月1日《新华日报》第11版：

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审核：马明辉